DE3507278A1

DE3507278A1 - Elektrohydraulische steuereinrichtung

Info

Publication number: DE3507278A1
Application number: DE19853507278
Authority: DE
Inventors: Volkmar Dipl.-Ing. 7259 Friolzheim Leutner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1985-03-01
Filing date: 1985-03-01
Publication date: 1986-09-04
Also published as: DE3507278C2; JPS61201904A; JPH0557445B2

Description

Elektrohydraulische Steuereinrichtung
Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer elektrohydraulischen Steuereinrichtung nach der Gattung des Hauptanpruchs. Es ist schon eine solche Steuereinrichtung aus der DE-PS 28 40 831 bekannt, die neben einer Regelfunktion eine zusätzliche Sicherheitsfunktion aufweist. Zu diesem Zweck hat der längsbewegliche Steuerschieber in der Vorsteuerstufe neben einer Neutralstellung nach beiden Seiten hin angrenzende Arbeitsstellungen sowie eine außenliegende Sicherheits-Stellung. Diese Sicherheitsstellung, die auch als Fail-Safe-Stellung bezeichnet wird, bei welcher der Zulauf abgesperrt und beide Motoranschlüsse entweder miteinander oder zum Ablauf verbunden sind, muß hauptsächlich Sicherheitsforderungen abdecken und fällt deshalb mit dem passiven Zustand des magnetischen Antriebssystems zusammen.
Wird nun bei dieser Steuereinrichtung aus der in der Mitte liegenden Neutralstellung heraus die Sicherheits-Stellung angefahren, so wird hierbei eine Arbeitsstellung voll durchfahren und der zugehörige Steuerschieber der Hauptstufe kann unter Umständen eine unerwünschte Bewegung ausführen, die zu einer unzulässigen Stellbewegung am angeschlossenen Hydromotor führen kann. Obwohl das Sicherheitsverhalten dieser Steuereinrichtung in vielen Anwendungsfällen ausreicht, gibt es doch eine Reihe von Anwendungsfällen, bei denen derartige, kurzzeitige Stellbewegungen ausgeschlossen werden sollen.
Ferner ist aus der DE-PS 31 29 594 eine elektrohydraulische Steuereinrichtung bekannt, die mit zwei Signaleingängen arbeitet. Dabei dient ein erster Signaleingang als Steuerkommandopfad, über den translatorische Eingangsbewegungen unmittelbar auf einen längsbeweglichen Steuerschieber der Steuereinrichtung übertragen werden. Der zweite Signaleingang besteht aus einem elektromotorischen Drehantrieb, dessen Rotationsbewegung über einen im Steuerkommandopfad sitzenden Wandler in eine Längsbewegung umgewandelt wird, so daß sich beide Signale am Steuerschieber überlagern. Der in einer gehäusefesten Hülse geführte Steuerschieber arbeitet hier mit Steuerkanten, die jeweils rings um den Umfang von Kolbenabschnitten verlaufen und in einer radialen Ebene liegen. Diese Steuereinrichtung, die für Flugzeugsteuerungen vorgesehen ist, hat den Nachteil, daß sie keine zwei Signaleingänge für tranlatorische Bewegungen aufweist. Vor allem aber ist von Nachteil, -daß der Steuerschieber dieser Steuereinrichtung nur eine Funktion wahrnehmen kann, obwohl sich an ihm die Einflüsse aus zwei Signaleingängen überlagern. Der Steuerschieber selbst kann daher keine zusätzliche Funktion übernehmen.
Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße elektrohydraulische Steuereinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sie trotz relativ einfacher und kompakter Bauweise ein besonders hohes Maß an Sicherheitsverhalten ermöglicht. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Steuereinrichtung im Sicherheitsfall unerwünschte Stellbewegungen vermeiden. Durch Verwendung eines elektromagnetischen Antriebs für translatorische Bewegungen für den zweiten Signaleingang läßt sich der Herstellungsau£-wand niedrig halten. Die Steuereinrichtung läßt sich an unterschiedliche Forderungen im Sicherheitsfall leicht anpassen; die Gefahr einer Blockierung beweglicher Bauelemente ist stark vermindert.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Steuereinrichtung möglich.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausbildung gemäß den Ansprüchen 2 und 3, wodurch sich bei einer zweistufigen Steuereinrichtung im Fail-Safe-Fall erreichen läßt, daß ein doppeltwirkender Hydromotor in beiden Arbeitsrichtungen gesperrt ist. Ferner ist eine Ausbildung nach Anspruch 5 besonders zweckmäßig, wodurch bei einem doppeltwirkenden Hydromotor im Sicherheitsfall erreicht wird, daß nur eine seiner beiden Bewegungsrichtungen gesperrt ist. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie der Zeichnung.
Zeichnung Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zechnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 einen Längsschnitt durch eine erste elektrohydraulische Steuereinrichtung in Neutralstellung, Figur 2 einen Längsschnitt durch einen Teil der ersten Steuereinrichtung nach Figur 1 in Pfeilrichtung a, Figur 3 ein Schaltschema der ersten Steuereinrichtung nach Figur 1, Figur 4 einen Längsschnitt durch einen Teil einer zweiten Steuereinrichtung und Figur 5 ein'Schaltschema der zweiten Steuereinrichtung nach Figur 4.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele Die Figur 1 zeigt eine elektrohydraulische Steuereinrichtung 10, die in einem Gehäuse 11 eine rohrförmige Schieberhülse 12 aufnimmt, in der ein Steuerschieber 13 längs- und drehbeweglich gelagert ist.
Das Gehäuse 11 hat in üblicher Weise einen mit P bezeichneten Zulaufanschluß 14, einen mit A bezeichneten, ersten Motoranschluß 15 sowie einen zweiten Motoranschluß 16, der mit B bezeichnet ist. Ferner sind eine erste (17) sowie eine zweite Rücklaufkammer 18 miteinander und mit einem Rücklaufanschluß 19 verbunden.
Die Schieberhülse 12 weist im Bereich einer mit dem ersten Motoranschluß A verbundenen Motorkammer diametral angeordnete Steueröffnungen 21 auf, deren rechteckige Form aus Figur 2 deutlich erkennbar ist und deren stirnseitige Enden zugleich als gehäusefeste Steuerkanten dienen. In entsprechender Weise hat die Schieberhülse 12 im Bereich einer mit dem zweiten Motoranschluß B verbundenen Motorkammer diametral liegende Steueröffnungen 22, die ebenfalls eine rechteckige Form aufweisen und als Steuerkanten dienen.
Der Steuerschieber 13 weist im Bereich der ersten Steueröffnung 21 einen ersten Kolbenabschnit 23 auf, an dem entsprechend den Steueröffnungen 21 diametral erste (24) und zweite Steuernuten 25 angeordnet sind. Wie aus Figur 2 näher ersichtlich ist, haben diese Steuernuten 24, 25 ebenfalls rechteckige Form und bilden mit ihren jeweils innenliegenden Rändern die den Steueröffnungen 2i zugeordneten Steuerkanten am Steuerschieber 13. In entsprechender Weise sind an einem zweiten Kolbenabschnitt 26 im Bereich der Steueröffnungen 22 dritte (27) und vierte Steuernuten 28 ausgebildet. Die ersten bis vierten Steuernuten 24, 25, 27, 28 an beiden Kolbenabschnitten 23 und 26 sowie sämtliche Steueröffnungen 21, 22 in der Schieberhülse 12 liegen in einer der Normalfunktion zugeordneten ersten Ebene 29, welche durch die Längsachse des Steuerschiebers 13 verläuft und die in Figur 1 der Zeichenebene entspricht. Der Steuerschieber 13 weist am ersten Kolbenabschnitt 23 diametral liegende erste Längsnuten 31 auf. In entsprechender Weise sind am zweiten Kolbenabschnitt 26 zweite Längsnuten 32 diametral angeordnet. Alle Längsnuten 31, 32 liegen in einer zweiten Ebene 33, welche einer Sicherheitsfunktion zugeordnet ist, ebenfalls durch die Längsachse des Steuerschiebers 13 verläuft und relativ zur ersten Ebene 29 um einen bestimmten Winkel verdreht ist. Sämtliche Längsnuten 31, 32 sind jeweils zu ihren zugeordneten Rücklaufkammern 17 bzw. 18 hin geöffnet. Wie aus Figur 2 deutlicher hervorgeht, sind die Längsnuten 31, 32 in axialer Richtung so lang ausgebildet, daß sie, in axialer Richtung des Steuerschiebers 13 gesehen, in jeder möglichen Stellung des Steuerschiebers 13 ihre zugeordneten Steueröffnungen 2J bzw.
22 überlappen.
Zum Antrieb des Steuerschiebers 13 für seine Regelfunktion ist am Gehäuse 11 ein Proportionalmagnet 34 angeflanscht, der den ersten Hubantrieb bildet. Sein zugeordneter längsbeweglicher Anker 35 treibt den Steuerschieber i3 in einer Richtung an. In Gegenrichtung wird der Steuerschieber 13 von einer Regelfeder 36 über ein Federteller 37 belstet.
An der zum Proportionalmagnet 34 entgegengesetzt liegenden Stirnseite des Gehäuses 11 ist ein Getriebe 38 angeflanscht, an dem sich nach außen hin als zweiter elektromagnetischer Hubantrieb 39 ein Schaltmagnet anschließt. Das Getriebe 38 weist in einem Getriebegehäuse 41 ein Steilgewinde 42 auf, in dem ein Schraubenbolzen 43 mit seinem Gewindeabschnitt 44 koaxial zum Steuerschieber 13 geführt ist. Der Schraubenbolzen 43 wird an seinem einen Ende über ein Federteller 45 von einer Rückstellfeder 46 belastet und bildet dort zugleich einen Signaleingang 47 des Getriebes 38. Der Signaleingang 47 steht mit einem Anker stift 48 in Wirkverbindung, der eine translatorische Hubbewegung des Schaltmagneten 39 in das Getriebe 38 eingibt. Bei nicht erregtem Schaltmagneten 39 wird der federbelastete Federteller 45 gegen einen gehäusefesten Anschlag gedrückt; damit ist die Drehlage des Schraubenbolzens 43 fixiert.
An seinem anderen Ende ist der Schraubenbolzen 43 durch beidseitige Abfräsungen als schmaler Steg 49 ausgebildet, der zugleich als Signalausgang des Getriebes 38 dient.
Der Steg 49 ragt in einen Längsschlitz 52 des Steuerschiebers 13, so daß der Signalausgang 51 des Getriebes 38 verdrehfest aber längsverschieblich mit dem Steuerschieber 13 gekuppelt ist.
Die Steuereinrichtung 10 bildet die Vorsteuerstufe eines 4/3-Ha-uptsteuerventils 53, dessen Steueranschlüsse 54, 55 an die Motoranschlüsse 15 bzw. 16 angeschlossen sind.
Das Hauptsteuerventil 53 hat einen Längsschieber 56, der von Federn 57 in einer mittig liegenden Sperrstellung 58 zentriert wird. Der Längsschieber 56 ist nach beiden Seiten hin in eine Parallelstellung 59 und eine Kreuz stellung 61 hydraulisch auslenkbar.
Die Wirkungsweise der elektrohydraulischen Steuereinrichtung wird wie folgt erläutert, wobei auf die Figuren 1 und 2 sowie das zugehörige Schaltbild nach Figur 3 Bezug genommen wird.
In den Figuren 1 bis 3 ist die Steuereinrichtung 10 stets in den gleichen Stellungen gezeichnet. Der Steuerschieber 13 wird in bekannter Weise vom Proportionalmagnet 34 über dessen Anker 35 in axialer Richtung gegen die Kraft der Regelfeder 36 verstellt. Es sei davon ausgegangen, daß der Steuerschieber 13 die in Figur 1 bis 3 gezeigte Neutralstellung 63 einnimmt. Zugleich sei davon ausgegangen, daß der Schaltmagnet 39 erregt ist, wodurch dessen Ankerstift 48 den Schraubenbolzen 43 in einer bestimmten axialen Lage gegen die Kraft der Rückstellfeder 46 im Getriebegehäuse 41 hält. Durch den in den Längsschlitz 52 des Steuerschiebers 13 greifenden Steg 49 ist der Steuerschieber 13 in seiner Drehlage längsverschieblich aber verdrehfest geführt. In dieser fixierten Drehlage des Steuerschiebers 13 liegen dessen erste bis vierte Steuernuten 24, 25, 27, 28 zusammen mit den Steueröffnungen 21 und 22 in der Schieberhülse 12 in der ersten Ebene 29 für die Normalfunktion, wie dies besonders deutlich in Figur 2 erkennbar ist.
Der Steuerschieber 13 kann somit für seine Regelfunktion aus der Neutralstellung 63 in üblicher Weise in seine Arbeitsstellungen 64 oder 65 gebracht werden und dementsprechend das Hauptsteuerventil 53 ansteuern. Bei dieser Normalfunktion bilden die gehäusefesten Steueröffnungen 21 und 22 mit den jeweils zugehörigen Steuernuten 24, 25, 27, 28 sogenannte erste Steuerfenster 66.
Tritt nun der sogenannte Sicherheitsfall ein, so entfällt das elektrische Eingangssignal am Schaltmagneten 39. Der Schaltmagnet 39 fällt ab, wobei dessen Ankerstift 48 vom Schraubenbolzen 43 durch die Kraft der Rückstellfeder 46 in seine Ausgangslage verstellt wird. Die Längsbewegung des Schaltmagneten 39 wird durch das Getriebe 38 in eine zugehörige Drehbewegung an dessen Signalausgang 51 umgewandelt, wodurch dessen Steg 49 den Steuerschieber 13 entgegen dem Uhrzeigersinn soweit um seine Längsachse verdreht, daß die in der zweiten Ebene 33 liegenden Längsnuten 31, 32 nun unmittelbar in die Ebene der Steueröffnungen 21, 22 zu liegen kommen. Die Längsnuten 31, 32 bilden dabei mit den gehäusefesten Steueröffnungen 21, 22 zweite Steuerfenster 67, welche eine Sicherheitsstellung 68 ermöglichen, in der beide Motoranschlüsse 15, 16 miteinander und mit dem Rücklaufanschluß 19 verbunden sind.
In der Sicherheitsstellung 68 kann sich der Druck in beiden Steueranschlüssen 54, 55 ausgleichen bzw. zum Tank entlasten, so daß der Längsschieber 56 im Hauptventil 53 von seinen Federn 57 in seiner Sperrstellung 58 zentriert wird und dadurch einen angeschlossenen Hydromotor in seiner jeweiligen Lage blockiert. Durch die völlige mechanische Entkoppelung der beiden Stellantriebe 35, 39 läßt sich die Sicherheitsstellung 68 aus jeder Stellung (63, 64, 65) bei Normalfunktion heraus anfahren, ohne daß irgendwelche Zwischenstellungen überfahren werden. Unerwünschte Stellbewegungen am Hauptsteuerventil bzw. am angeschlossenen Hydromotor werden dadurch sicher vermieden.
Die Figur 4 zeigt einen Längsschnitt durch einen Teil einer zweiten Steuereinrichtung 70, die sich von derjenigen nach Figur 1 bzw. 2 wie folgt unterscheidet, wobei für gleiche Bauelemente gleiche Bezugszeichen verwendet werden.
Die zweite Steuereinrichtung 70 hat einen anderen Steuerschieber 71, an dessen Kolbenabschnitt 26 lediglich anstelle der bisherigen Längsnuten 32 eine dritte (72) sowie eine vierte Längsnut 73 ausgebildet sind. Diese beiden Längsnuten 72, 73 liegen in der gleichen Ebene wie die erste Längsnut 31, entsprechen aber in ihrer axialen Länge der dritten (27) bzw. vierten Steuernut 28.
Die Wirkungsweise der zweiten Steuereinrichtung 70 unterscheidet sich von derjenigen der ersten Steuereinrichtung 10 lediglich dadurch, daß im Sicherheitsfall nunmehr eine einseitige Funktion durchführbar ist. Werden im Sicherheitsfall die erste (31), die dritte (72) sowie die vierte Längsnut 73 aus der zweiten Ebene 33 in die erste Ebene 29 gedreht, so kann zwar im Steueranschluß 55 des Hauptsteuerventil 53 noch ein Druck aufgebaut und damit eine einseitige Funktion durchgeführt werden, jedoch bleibt der andere Steueranschluß 54 stets zum Tank entlastet und damit die andere Funktion gesperrt. Ein derartiges Sicherheitsverhalten wird oft bei vorgesteuerten Ventilen gefordert, wo bei bestimmten Bedingungen, die durch elektrische Signale definiert sind, der hydraulische Motor nurmehr in einer bestimmten Richtung betätigbar sein darf. Insbesondere ist dies in hydraulischen Steuerungen von Spritzgießmaschinen der Fall, wo auf der Schließseite bei geöffnetem Schließgitter der Schließzylinder das Werkzeug nur noch öffnen darf.
Die Figur 5 zeigt das Schalt symbol der zweiten Steuereinrichtung nach Figur 4. In der Sicherheitsstellung 74 ist der eine Motoranschluß 15 stets entlastet; dagegen kann im anderen Motoranschluß 16 ein Steuerdruck aufgebaut werden.
Selbstverständlich sind Änderungen an den gezeigten Ausführungsformen möglich, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen. Obwohl die Figur 1 eine besonders vorteilhafte Kombination von Merkmalen zeigt, kann anstelle des schaltenden Elektromagneten 39 als zweiter Hubantrieb ein stetiges Stellsystem, z.B. ein zweiter Proportionalmagnet verwendet werden. Dadurch kann über die elektrisch einstellbare Drehlage des Steuerschiebers eine Vielzahl von Zwischenfunktionen ermöglicht werden. In Verbindung mit dem Umstand, daß Schieberhülse 12 und Steuerschieber 13 über Steuerfenster 66, 67 zusammenwirken, läßt sich bei einer stetig einstellbaren Winkellage des Steuerschiebers auch eine stetig beeinflußbare yolumenstrom-Yerstärkung in der Steuereinrichtung 10 erzielen. Wenn dabei die Steuerfenster entsprechend ausgestaltet werden, kann darüber hinaus bei einem stetig arbeitenden Stellsystem als zweiter Hubantrieb auch eine veränderliche Druckverstärkung erreicht werden. Darüber hinaus sind weitere Yarianten möglich, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen.

Claims

Ansprüche 1. Elektrohydraulische Steuereinrichtung mit einem in einem Gehäuse angeordneten, längsbeweglichen Steuerschieber, durch den die Verbindungen zwischen einem Zulauf-, einem Rücklauf- und zwei Motoranschlüssen steuerbar sind um mehrere Schaltfunktionen zu erreichen, wobei der Steuerschieber durch Längsbewegung aus einer Neutralstellung heraus nach beiden Seiten in eine erste und zweite Arbeitsstellung auslenkbar ist und bei der der Steuerschieber als zusätzliche Schaltfunktion eine Sicherheitsstellung einnehmen kann und von einem elektromagnetischen Hubmagneten gegen die Kraft einer Regelfeder betätigbar ist, sowie mit diesen Schaltfunktionen zugeordneten Steuerkanten am Steuerschieber, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (10; 70) einen zweiten elektromagnetischen Hubantrieb (39) aufweist, dessen Signalausgang (48) mit einem Eingang (47) eines Getriebes (38) in Wirkverbindung steht, das die vom Hubantrieb (39) abgegebene Längsbewegung in eine Drehbewegung an seinem Ausgang (51) umwandelt, der seinerseits verdrehfest und längsbeweglich mit dem Steuerschieber (13; 71) gekoppelt ist, daß die der Normalfunktion zugeordneten Steuernuten (24, 25, 27, 28; 21, 22) in Umfangsrchtung des Steuerschiebers (13) begrenzte, erste Steuerfenster (66) bilden, die in einer ersten durch die Längsachse des Steuerschiebers (13) verlaufenden Ebene (29) liegen und daß der Sicherheitsstellung (68) zweite Steuerfenster (67) zugeordnet sind, deren zugehörige Längsnuten (31, 32; 72, 73) in einer zur ersten Ebene (29) um die Längsachse verdrehten, zweiten Ebene (33) liegen.
2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über die zweiten Steuerfenster (67) in einer Sicherheitsstellung (68) beide Motoranschlüsse (15, 16) miteinander und insbesondere mit dem Rücklaufanschluß (19) verbindbar sind.
3. Steuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitsstellung (68) mit verbundenen Motoranschlüssen (15, 16) aus jeder Hubstellung des Steuerschiebers (13) heraus durch dessen Drehung um seine Längsachse erreichbar ist, insbesondere ohne Durchfahren anderer, der Normalfunktion zugeordneter Stellungen.
4. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Steuerfenster (67) in einer Sicherheitsstellung (74) in einem Motoranschluß (16) über dritte und vierte Längsnuten (72, 73) einen Druckauf- oder einen Druckabbau ermöglichen, während der andere Motoranschluß (15) über die erste Längsnut (31) unabhängig von der axialen Lage des Steuerschiebers (13) zum Rücklaufanschluß (19) entlastet ist.
5. Steuereinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Hubantrieb ein Proportionalmagnet (35) ist.
6. Steuereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Hubantrieb ein Schaltmagnet (39) ist.
7. Steuereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Hubantrieb ein Proportionalmagnet ist.
8. Steuereinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hubantriebe (35, 39) und das Getriebe (38) koaxial zum Steuerschieber (13) angeordnet sind.
9. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (38) einen in dessen Getriebegehäuse (41) in einem Gewinde (42) drehbar gelagerten Schraubenbolzen (44) aufweist, der einerseits mit dem Anker (48) des zweiten Hubantriebs (39) in Wirkverbindung steht und andererseits, insbesondere über eine Schlitz-Steg-Verbindung (52. 49), drehfest und längsbeweglich mit dem Steuerschieber (13) gekoppelt ist.
10. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Getriebe (38) den Steuerschieber (13) in seiner Normalebene (29) verdrehfest führende Mittel (45, 46, 48, 49) angeordnet sind, die insbesondere als den Schraubenbolzen (43) belastende Feder (46),-als Anschlag (48) und als Stegführung (49) ausgebildet sind.
11. Steuereinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Steuerfenster (66, 67) von gehäusefesten Steueröffnungen (21, 22), insbesondere mit rechteckiger Form und von zugeordneten Steuernuten (24, 25, 27, 28) und Längsnuten (31, 32; 72, 73) im Steuerschieber (13; 71) gebildet werden.
12. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (13; 7j) Teil einer Vorsteaerstufe eines Hauptsteuerventils (53) ist, das einen Steuerschieber (56) mit federzentrierter Sperrstellung (58) aufweist.